EP0890110A1 - Verfahren zum prüfen der massekontaktierung von teilen eines vernetzten systems - Google Patents

Verfahren zum prüfen der massekontaktierung von teilen eines vernetzten systems

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EP0890110A1
EP0890110A1 EP97916391A EP97916391A EP0890110A1 EP 0890110 A1 EP0890110 A1 EP 0890110A1 EP 97916391 A EP97916391 A EP 97916391A EP 97916391 A EP97916391 A EP 97916391A EP 0890110 A1 EP0890110 A1 EP 0890110A1
Authority
EP
European Patent Office
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potential
voltage
line
ground contact
comparison
Prior art date
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Granted
Application number
EP97916391A
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English (en)
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EP0890110B1 (de
Inventor
Jürgen MINUTH
Jürgen Setzer
Günther Schwarz
Max Reeb
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler Benz AG
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Publication date
Priority claimed from DE19611944A external-priority patent/DE19611944C2/de
Application filed by Daimler Benz AG filed Critical Daimler Benz AG
Publication of EP0890110A1 publication Critical patent/EP0890110A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0890110B1 publication Critical patent/EP0890110B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/50—Testing arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a method for checking the ground contact of parts of a networked system.
  • Data is written and read into the protocol of this data bus by applying a certain voltage level to the line or lines for a certain period of time. For this it is necessary that these control units have an almost identical reference potential. In the case of a motor vehicle, this is the vehicle mass with which all electrical devices in a motor vehicle are contacted as an equipotential surface.
  • Networked systems of the type described are e.g. known as CAN systems.
  • the subject of claim 1 describes the possibility of determining a test of the ground contact using the CAN H line.
  • a further solution according to the invention is described in claim 2, according to which in a networked system in which data is sent and received via at least one line, at least one line on each part being connected to a part-specific potential of the parts via a resistor arrangement and via a controllable switch and a contact can be connected to a common potential, a method according to the invention is realized by comparing the voltage across the resistor arrangement with a predetermined potential if the line has a potential in a steady state, with a comparison of the voltage across the Resistor arrangement with the predetermined potential on the state of ground contact of the part is closed.
  • REPLACEMENT SHEET ⁇ RULE 26 For both objects, a local shift in the voltage due to faulty ground contact is compared with the potential on the respective data line. On the data lines - via the connection to each control unit, ie each part of the networked system - there is an "averaged" potential via the connection to all parts. A possible ground fault of an individual participant has only a minor influence on the potential on the data line. This creates a voltage difference across the resistor arrangement in the event of a ground fault of an individual subscriber, which can be evaluated.
  • the potential in the steady state is the common potential.
  • the potential in the steady state corresponds to the part-specific potential.
  • the comparison is made with a certain time lag after the line is switched to a certain potential by means of the controllable switches.
  • the time lag must on the one hand be dimensioned such that the steady state is reached and on the other hand must be dimensioned such that the potential has not already been switched back.
  • the comparison takes place within a time window after the switching state of the controllable switch has changed.
  • the time delay that the component parts have until the switching process actually takes place is advantageously exploited.
  • the state of the transceiver changes, it takes around 500ns until the switching process has taken place.
  • the comparison takes place within this time window. This advantageously ensures that the potential is in a steady state. It also ensures that the right potential is available.
  • the battery voltage ascertainable by the individual subscriber is compared with the battery voltage ascertainable by one or more reference subscribers, with faulty ground contact being concluded in the event of a deviation in the battery voltages ascertained above a certain threshold value.
  • This method is suitable both for ascertaining a possibly faulty ground contact independently of the check described so far and in combination with the measures described so far.
  • the locally ascertained battery voltage is sent, for example, as information via the bus to a further control device which itself determines the battery voltage ascertainable there as a reference. If the transmitted value of the battery voltage is lower or higher, a ground fault can be concluded.
  • a drop in the locally determined battery voltage can also be due to faulty contacting to the + terminal.
  • the method according to claim 7 is suitable in any case for verifying the results obtained.
  • the contacting of the reference subscriber is carried out twice to improve the contacting. This advantageously minimizes the source of the error that faulty ground contact of the part that is to serve as a reference leads to incorrect results.
  • the comparison of the battery voltage in a motor vehicle takes place only above a certain speed value.
  • the comparison is activated when a certain minimum load current flows in the corresponding part.
  • an entry is made in a diagnostic memory in the event of a detected deviation above the threshold value for the respective subscriber.
  • the one-wire reception thresholds are shifted accordingly if a deviation is detected above the threshold value for the respective subscriber.
  • the voltages to be measured are each fed to an input of a comparator and the potentials with which the voltages to be measured are to be compared are fed to the other input of the comparator.
  • the different potentials which are fed to the inputs of the comparators are generated from a voltage via a multiplexer and are fed to the respective inputs of the comparators.
  • the mass offset detection is queried several times.
  • Mass displacements caused by events e.g. the blocking current of a variable motor can be filtered.
  • Fig. 6 another exemplary embodiment of a circuit for detecting the mass error of a participant.
  • Fig. 7 the temporal relationships between TxD and the bus level on CAN H
  • Fig. 8 the transceiver internal voltage losses of a typical CAN H driver stage
  • FIG. 1 shows the representation of several networked participants.
  • the participants are formed by control devices that have a microcontroller.
  • Coupling means (transceivers) are shown with these control devices, by means of which the subscribers are coupled to the network.
  • These transceivers can advantageously be designed as integrated circuits.
  • Participants networked in this way can be, for example, several control units in a motor vehicle, which have to exchange data with one another.
  • Fig. 1 it is shown that the communication takes place via a data bus that consists of two lines (CAN_H and CAN L). Due to the system configuration, this communication over two lines tolerates mass errors of individual participants, which cause a potential shift of up to 4 volts.
  • CAN H is connected to the masses present in each subscriber via specific termination resistances.
  • CAN L is connected to the VCC voltage (+ 5V) in each participant via specific termination resistors.
  • the voltage on CAN H and CAN_L represents an average value of the respective masses or VCC voltages of the individual participants. Any deviations from these voltages of individual participants only slightly influence the voltage on the data line. As a result, in the event of a local deviation of the potential due to incorrect ground contact to CAN_H or CAN L, measurable voltages occur that deviate from the expected values.
  • the local supply voltage of the participants can be measured by the individual participants themselves.
  • the individual subscriber measures the supply voltage compared to his own ground connection. In the event of a faulty ground connection, the supply voltage that can be measured by the individual subscriber is correspondingly lower.
  • This value of the supply voltage can be transmitted via the data bus and compared with other determined supply voltages.
  • a faulty contact can be inferred from a deviation, whereby the ground contact and / or the UBATT contact can be faulty.
  • FIG. 2 shows the voltage relationships of a subscriber who has a mass offset.
  • This ground offset of the participant i.e. a potential shift between GND SG compared to the vehicle mass
  • Rx control unit
  • Ry body mass
  • U SG U BATT - U GND
  • U GND I SG * (Rx + Ry)
  • U RTL U VCC - U CAN_L
  • U RTH U GND - U CAN H
  • the local earth fault is determined in bus idle mode or in a recessive bus state. It should be noted that the maximum control unit operating current I SGmax flows, because then the largest potential shift occurs due to a ground fault:
  • the measurement of the mass error is therefore usefully coupled to the control unit-specific application (for example, if the window lift motor is active).
  • the voltage U SG can also be taken into account (for verification).
  • the receiver single-wire reception thresholds can be manipulated, the detected error can be written to a diagnostic memory that can be read out, for example, during routine maintenance of the vehicle, or communication (transmission) can only be carried out if the control unit is free of a load current (emergency operation). In this case, there is no or only a slight potential shift.
  • Figure 3 shows a first embodiment of a circuit for detecting a ground fault.
  • the voltages U RTH and U RTL are each fed to an input of a comparator.
  • the other input of this comparator is supplied with a voltage which is derived from the voltage VCC with respect to the ground potential (GND - SG).
  • the measurement is carried out via a trigger module when the bus is in the steady recessive state. This can be deduced if a time has passed after the transition to the recessive state. This time must be selected so that the transient process is over and it must also be ensured that the dominant state has not yet been switched back to.
  • the mass offset measurement can be verified x-fold by downstream flip-flops before an ERROR activation occurs.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a circuit for detecting a ground fault, in which the battery voltage U BATT is also taken into account compared to the circuit according to FIG. 3. Furthermore, the reference potentials are generated by means of a single D / A converter via a multiplexer and fed to the respective inputs of the comparators.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of a representation of the time relationships for determining the time of measurement of the mass error.
  • the state of the bus can be seen in the upper part of this illustration.
  • the lower part of the illustration shows when a measurement should take place depending on the bus state (enable).
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a circuit for detecting a ground fault, which is particularly suitable for integration into a system base chip.
  • the quantities to be measured U RTH, U RTL, U BATT are fed via a multiplexer to a single A / D converter, via which the voltages to be evaluated are fed to a logic module.
  • a signal representing the bus status is also fed to this module, so that the measurement and evaluation take place at the right time. This makes it possible in a simple manner to carry out the measurement with little hardware outlay.
  • Diagram 7a shows the voltage U CAN_H when changing from the recessive to the dominant state and when changing from the dominant state to the recessive state.
  • the time profile of the voltage U CAN H is such that when TX changes (see FIG. 7b) from “1" to "0” and vice versa, the signal shows an overshooting behavior.
  • TX changes see FIG. 7b
  • the voltage U CAN H becomes smaller than the voltage
  • the voltage U CAN_H changes only after a certain time delay after a change in TX. This time delay is of the order of approximately 500ns.
  • the output of the comparator changes due to the overshoot behavior during the transition from TX "1" to "0". However, this has nothing to do with poor ground contact. Therefore this change in the comparator output should not be considered an error.
  • the measurement and the comparison of the voltages takes place at time t1.
  • This point in time lies within a time window after the change from TX from "1" to "0".
  • the voltage on the CAN_H line has not yet changed. It is also ensured that the recessive state has settled at this point in time (immediately before the transition to the dominant state).
  • Figure 7d shows the logical variable, which may represent a ground fault. This variable is updated at time tl. Since there was no fault at this point in time, no fault is recognized.
  • FIG. 8 shows an example on the CAN H line how the voltage conditions are in the dominant state.
  • the voltage on the CAN_H line is determined via VCC, taking the following voltages into account:
  • the sum of these voltages can be up to 1.4 volts. Since the components are not precisely defined with regard to their quality and tolerances, this can lead to deviations in the voltages. These deviations in the voltages would also be included in a measurement in the dominant bus state. When measuring in the recessive bus state, however, the transistor blocks, so that the components no longer play a role with regard to their tolerances.

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Description

Verfahren zum Prüfen der Massekontaktierung von Teilen eines vernetzten Systems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Massekontaktierung von Teilen eines vernetzten Systemes.
Beispielsweise im Bereich der Kraftfahrzeuge ist es bekannt, durch eine Vernetzung mehrerer Steuergeräte einen Datenaustausch zwischen den einzelnen Steuergeräten zu ermöglichen. Indem ein Datenprotokoll erstellt wird, das über eine oder mehrere Leitungen zwischen den Steuergeräten versandt wird und in dem die entsprechenden Daten an den entsprechenden Stellen eingetragen und gelesen werden können, kann in erheblichem Umfang Aufwand und Material bei der Verkabelung gespart werden. Ohne einen Datenbus wäre für jede zwischen den jeweiligen Steuergeräten auszutauschende Information ein separates Kabel notwendig.
Daten werden in das Protokoll dieses Datenbusses geschrieben und gelesen, indem die Leitung bzw. die Leitungen für eine bestimmte Zeitdauer mit einem bestimmten Spannungspegel beaufschlagt werden. Dazu ist es notwendig, daß diese Steuergeräte ein nahezu identisches Bezugspotential aufweisen. Im Falle eines Kraftfahrzeuges ist dies die Fahrzeugmasse, mit der alle elektrischen Geräte in einem Kraftfahrzeug als Äquipotentialfläche kontaktiert sind. Vernetzte Systeme der beschriebenen Art sind z.B. als CAN-Systeme bekannt geworden.
Wenn sich nun die Massekontaktierung einzelner Steuergeräte relativ zu anderen Steuergeräten verschlechtert, kann es zu Störungen der Datenübertragung kommen, weil sich die Spannungspegel der einzelnen Teile des vernetzten Systemes gegeneinander verschieben. Wenn die Verschiebung so stark ist, daß diese aus dem Toleranzbereich herausfuhrt, ist nicht mehr sichergestellt, daß Wechsel der Spannungspegel auf dem Datenbus erkannt werden können.
Es ist deshalb das Ziel der vorliegenden Erfindung, die Verschlechterung der Massekontaktierung einzelner Teilnehmer des vernetzten Systemes möglichst frühzeitig zu erkennen. Bei einem vernetzten System, bei dem über wenigstens eine Leitung Daten gesendet und empfangen werden, wobei wenigstens eine Leitung an jedem Teil des vernetzten Systemes über eine Widerstandsanordnung sowie eine Kontaktierung mit einem gemeinsamen Potential der Teile verbunden ist und über einen steuerbaren Schalter mit einem weiteren Potential verbindbar ist, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem zum Prüfen der Massekontaktierung von Teilen des vernetzten Systemes die Spannung über der Widerstandsanordnung mit einem vorgegebenen Potential verglichen wird, wenn die Leitung ein Potential in einem eingeschwungenen Zustand aufweist, wobei aus einem Vergleich der Spannung über der Widerstandsanordnung mit dem vorgegebenen Potential auf den Zustand der Massekontaktierung des Teiles geschlossen wird.
Dadurch kann vorteilhaft mit einfachen Mitteln eine fehlerhafte Massekontaktierung frühzeitig erkannt werden, ohne daß die laufende Übertragung von Daten beeinträchtigt wird. Bei einem CAN-Netzwerk beschreibt der Gegenstand nach Anspruch 1 die Möglichkeit, eine Prüfung der Massekontaktierung mittels der CAN H-Leitung festzustellen.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung ist in Anspruch 2 beschrieben, nach dem bei einem vernetzten System, bei dem über wenigstens eine Leitung Daten gesendet und empfangen werden, wobei wenigstens eine Leitung an jedem Teil über eine Widerstandsanordnung mit einem teilespezifischen Potential der Teile verbunden ist und über einen steuerbaren Schalter sowie eine Kontaktierung mit einem gemeinsamen Potential verbindbar ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren realisiert wird, indem die Spannung über der Widerstandsanordnung mit einem vorgegebenen Potential verglichen wird, wenn die Leitung ein Potential in einem eingeschwungenen Zustand aufweist, wobei aus einem Vergleich der Spannung über der Widerstandsanordnung mit dem vorgegebenen Potential auf den Zustand der Massekontaktierung des Teiles geschlossen wird.
Auch dadurch kann vorteilhaft mit einfachen Mitteln eine fehlerhafte Massekontaktierung frühzeitig erkannt werden, ohne daß die laufende Übertragung von Daten beeinträchtigt wird. Bei einem CAN-Netzwerk beschreibt der Gegenstand nach Anspruch 2 die Möglichkeit, eine Prüfung der Massekontaktierung mittels der CAN_L-Leitung festzustellen.
ERSATZBLATT {REGEL 26) Bei beiden Gegenständen wird eine lokale Verschiebung der Spannung aufgrund einer fehlerhaften Massekontaktierung mit dem Potential auf der jeweiligen Datenleitung verglichen. Auf den Datenleitungen liegt - über die Verbindung an jedem Steuergerät, d.h. jedem Teil des vernetzten Systemes - ein "gemitteltes" Potential über die Verbindung an allen Teilen an. Ein eventueller Massefehler eines einzelnen Teilnehmers hat also nur geringen Einfluß auf das Potential auf der Datenleitung. Dadurch entsteht also bei einem Massefehler eines einzelnen Teilnehmers eine Spannungsdifferenz über der Widerstandsanordnung, die ausgewertet werden kann.
Bei einem Umschalten der steuerbaren Schalter wechselt dabei das Potential auf den Datenleitungen. Bei einem solchen Potentialwechsel kommt es zu Überschwingern, die das Ergebnis einer Auswertung der Spannung über der Widerstandsanordnung verfälschen können. Deswegen soll ein Vergleich erst dann stattfinden, wenn sich das Potential auf der Datenleitung in einem eingeschwungenen Zustand befindet.
Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 ist das Potential im eingeschwungenen Zustand das gemeinsame Potential.
Durch einen solchen Vergleich können Massefehler unmittelbar festgestellt werden. Durch den Vergleich im Zustand des eingeschwungenen Massepotentiales auf der CAN H-Leitung zeigt sich vorteilhaft gegenüber einem Vergleich bei einem eingeschwungenen VCC-Potential auf der CAN L-Leitung, daß mehr oder weniger Undefinierte Spannungsverluste in Abhängigkeit von der Güte weiter verwendeter Bauteile keine Rolle spielen.
Bei der Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 entspricht das Potential im eingeschwungenen Zustand dem teilespezifischen Potential.
Auch hierbei spielen Undefinierte Spannungsverluste in Abhängigkeit von der Güte weiterhin verwendeter Bauteile keine Rolle.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 5 erfolgt der Vergleich mit einem gewissen zeitlichen Nachlauf, nachdem mittels der steuerbaren Schalter die Leitung auf ein bestimmtes Potential geschaltet ist.
Der zeitliche Nachlauf muß dabei einerseits so bemessen sein, daß der eingeschwungene Zustand erreicht ist und andererseits so bemessen sein, daß das Potential nicht bereits wieder zurückgeschaltet wurde. Bei dem Verfahren nach Anspruch 6 erfolgt der Vergleich innerhalb eines Zeitfensters, nachdem der Schaltzustand der steuerbaren Schalter gewechselt hat.
Dabei wird vorteilhaft der zeitliche Verzug ausgenutzt, den die Bauteilte aufweisen, bis der Schaltvorgang tatsächlich erfolgt. Bei einem Wechsel des Zustandes des Transceivers vergeht in der Größenordnung von 500ns bis der Schaltvorgang stattgefunden hat. Innerhalb dieses Zeitfensters erfolgt der Vergleich. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, daß das Potential in einem eingeschwungenen Zustand ist. Außerdem ist sichergestellt, daß das richtige Potential vorliegt.
In der vorteilhaften Ausgestaltung nach den Ansprüchen 3 und 4 bedeutet dies, daß der Vergleich innerhalb des Zeitfensters erfolgt, während der Transceiver im Zustand "rezessiv" ist.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird die von dem einzelnen Teilnehmer feststellbare Batteriespannung mit der von einem oder mehreren Referenzteilnehmern feststellbaren Batteriespannung verglichen, wobei bei einer Abweichung der festgestellten Batteriespannungen oberhalb eines bestimmten Schwellwertes auf eine fehlerhafte Massekontaktierung geschlossen wird.
Dieses Verfahren eignet sich sowohl zur Feststellung einer möglicherweise fehlerhaften Massekontaktierung unabhängig von der bisher dargestellten Überprüfung als auch in Kombination mit den bisher beschriebenen Maßnahmen. Bei dem Verfahren nach Anspruch 7 wird die lokal festgestellte Batteriespannung beispielsweise als Information über den Bus zu einem weiteren Steuergerät gesandt, das als Referenz selbst die dort feststellbare Batteriespannung ermittelt. Ist der übersandte Wert der Batteriespannung geringer oder größer, kann auf einen Massefehler geschlossen werden.
Einschränkend ist dabei festzuhalten, daß ein Absinken der lokal festgestellten Batteriespannung auch an einer fehlerhaften Kontaktierung zum +-Anschluß liegen kann. In Kombination mit den vorbeschriebenen Verfahren eignet sich das Verfahren nach Anspruch 7 aber jedenfall zur Verifikation der festgestellten Ergebnisse.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 8 sind die Kontaktierungen des Referenzteilnehmers zu Verbesserung der Kontaktierung doppelt ausgeführt. Dadurch kann vorteilhaft die Fehlerquelle minimiert werden, daß eine fehlerhafte Massekontaktierung des Teiles, das als Referenz dienen soll, zu falschen Ergebnissen führt.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 9 erfolgt in einem Kraftfahrzeug der Vergleich der Batteriespannung nur oberhalb eines bestimmten Drehzahl wertes.
Dadurch wird vorteilhaft vermieden, daß es zu fehlerhaften Beurteilungen kommt, weil das Bordnetz (und damit die meßbare Batteriespannung) aufgrund der niedrigen Drehzahl eine zu niedrige Spannung hat.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 10 wird der Vergleich aktiviert, wenn in dem entsprechenden Teil ein bestimmter Mindestlaststrom fließt.
Dadurch ist sichergestellt, daß eine eventuell fehlerhafte Massekontaktierung auch eine entsprechende Potentialverschiebung bewirkt.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 11 erfolgt bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwellwertes betreffend den jeweiligen Teilnehmer ein Eintrag in einen Diagnosespeicher.
Dadurch können erkannte Fehler beispielsweise bei einer routinemäßigen Wartung ausgelesen werden. Zur Fehlerbehebung können die erkannten Fehler angezeigt werden.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 12 werden bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwellwertes betreffend den jeweiligen Teilnehmer die Eindraht- Empfangsschwellen entsprechend verschoben.
Dadurch kann auch bei einer fehlerhaften Massekontaktierung einzelner Teilnehmer noch eine Kommunikation durchgeführt werden.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 13 werden bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwellwertes von dem jeweiligen Teilnehmer nur dann Daten ausgesendet, wenn das Steuergerät Laststrom frei ist.
Durch diese Vorgehensweise können übermäßige Verschiebungen des Spannungspegels beim Senden der Daten aufgrund der fehlerhaften Massekontaktierung vermieden werden. Wenn ein Laststrom vorliegt, ist die Potentialverschiebung aufgrund der fehlerhaften Massekontaktierung nämlich besonders ausgeprägt.
Bei einer Vorrichtung nach Anspruch 14 zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren werden die zu messenden Spannungen jeweils einem Eingang eines Komparators zugeführt und die Potentiale, mit denen die zu messenden Spannungen jeweils verglichen werden sollen, dem jeweils anderen Eingang des Komparators.
Dadurch ergibt sich ein vergleichsweise einfach darstellbarer Schaltungsaufbau, der auch in integrierter Form kostengünstig realisiert werden kann.
Bei der Vorrichtung nach Anspruch 15 werden die unterschiedlichen Potentiale, die den Eingängen der Komparatoren zugeführt werden, über einen Multiplexer aus einer Spannung generiert und den jeweiligen Eingängen der Komparatoren zugeführt.
Vorteilhaft zeigt sich dabei, daß die Schaltung mit einem geringen Hardwareaufwand herstellbar ist.
Ebenso gilt dies für die Schaltung nach Anspruch 16, bei der die zu messenden Spannungen über einen Multiplexer einer Auswerteeinheit zugeführt werden.
Bei dem Verfahren nach Anspruch 17 erfolgt eine mehrfach - Abfrage der Masseversatz - Detektierung.
Dadurch ist sichergestellt, daß dynamische Störungen bzw. Überlagerungen zu keiner Fehlinterpretation führen können. So können Beispielsweise durch dyn. Ereignisse verursachte Masseveschiebungen , bedingt durch z.B. den Blockierstrom eines Verstell - motors, gefiltert werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigt dabei im einzelnen:
Fig. 1 : die Darstellung mehrerer vemetzter Teilnehmer,
Fig. 2: die Darstellung der Spannungsverhältnisse eines Teilnehmers, der einen Massefehler aufweist, Fig. 3: ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung des Massefehlers eines Teilnehmers,
Fig. 4: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung des Massefehlers eines Teilnehmers,
Fig. 5: eine Darstellung der Zeitverhältnisse zur Festlegung des Zeitpunktes der Messung eines Massefehlers und
Fig. 6: ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung des Massefehlers eines Teilnehmers.
Fig. 7: die zeitlichen Zusammenhänge von TxD und dem Buspegel auf CAN H
Fig. 8: die Transceiver internen Spannungsverluste einer typischen CAN H Treiberstufe
Figur 1 zeigt die Darstellung mehrerer vernetzter Teilnehmer. Die Teilnehmer werden dabei durch Steuergeräte gebildet, die einen Mikrocontroller aufweisen. Zu diesen Steuergeräten sind Kopplungsmittel (Transceiver) dargestellt, mittels denen die Teilnehmer an das Netz angekoppelt sind. Diese Transceiver können vorteilhaft als integrierte Schaltkreise ausgebildet sein. Derart vernetzte Teilnehmer können beispielsweise mehrere Steuergeräte in einem Kraftfahrzeug sein, die untereinander Daten austauschen müssen.
In Fig. 1 ist dargstellt, daß die Kommunikation über einen Datenbus erfolgt, der aus zwei Leitungen besteht (CAN_H und CAN L). Aufgrund der Systemkonfiguration werden bei dieser Kommunikation über zwei Leitungen Massefehler einzelner Teilnehmer toleriert, die eine Potentialverschiebung bis zu 4 Volt bewirken.
Wenn beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses einer dieser Leitungen nach Masse eine Kommunikation nur noch über eine Leitung möglich ist, können - ebenfalls systemspezifisch bedingt - nur noch Potantialdifferenzen bis zu 1,25 Volt toleriert werden. Es kann also vorkommen, daß einzelne Teilnehmer, die bei der Kommunikation über zwei Leitungen ohne Probleme funktionieren, dann plötzlich nicht mehr an der Kommunikation teilnehmen können. Es ist daher erwünscht, solche Massefehler möglichst frühzeitig zu erkennen. Wie aus Figur 1 zu entnehmen ist, wird CAN H über spezifische Termini erungswiderstände in jedem Teilnehmer an die dort vorhandenen Massen angeschlossen. CAN L wird über spezifische Terminierungswiderstände in jedem Teilnehmer an die dort vorhandenen VCC Spannung (+5V) angeschlossen.
Dies bedeutet, daß die Spannung auf CAN H und CAN_L einen gemittelten Wert der jeweiligen Massen bzw. VCC Spannungen der einzelnen Teilnehmer darstellt. Eventuelle Abweichungen dieser Spannungen einzelner Teilnehmer beeinflussen die Spannung auf der Datenleitung nur geringfügig. Dadurch treten im Fall einer lokalen Abweichung des Potentials durch eine fehlerhafte Massekontaktierung auf CAN_H bzw. CAN L messbare Spannungen auf, die von den erwarteten Werten abweichen.
Weiterhin kann die lokale Versorgungsspannung der Teilnehmer (U SG) von dem einzelnen Teilnehmer selbst gemessen werden. Der einzelne Teilnehmer mißt dabei die Versorgungsspannung gegenüber seinem eigenen Masseanschluß. Bei einem fehlerhaften Masseanschluß wird also die von dem einzelnen Teilnehmer meßbare Versorgunsspannung entsprechend geringer. Dieser Wert der Versorgungsspannung kann über den Datenbus übertragen werden und mit anderen festgestellten Versorgungsspannungen verglichen werden. Aus einer Abweichung kann auf eine fehlerhafte Kontaktierung geschlossen werden, wobei die Massekontaktierung und/oder die UBATT-Kontaktierung fehlerhaft sein kann.
Es zeigt sich, daß unter Beachtung dieser Verhältnisse auf den Masseversatz einzelner Teilnehmer geschlossen werden kann.
Dies zeigt sich anhand Figur 2, in der die Spannungsverhältnisse eines Teilnehmers dargestellt sind, der einen Masseversatz aufweist. Dieser Masseversatz des Teilnehmers (d.h. eine Potentialverschiebung zwischen GND SG gegenüber der Fahrzeugmasse) kann darauf beruhen, daß eine schlechte Massekontaktierung am Steuergerät (Rx) und/oder zur Karosseriemasse (Ry) vorliegt. Es gelten dann folgende Gleichungen:
U SG = U BATT - U GND U GND = I SG * (Rx + Ry) U RTL = U VCC - U CAN_L U RTH = U GND - U CAN H
Wenn kein Massefehler vorliegt, ergibt sich somit: GND SG = CAN_H = Fahrzeugmasse VCC = CAN L U SG = U BATT
Daraus ergibt sich U RTH = 0 Volt und U RTL = 0 Volt.
Bei den genannten Beziehungen sind noch die relevanten Toleranzen (RTH, RTL, VCC u.s.w.) zu beachten.
Unter Beachtung aller Toleranzen sind - abgestellt auf das Erfordernis einer auch bei einer Eindraht-Datenübertragung noch funktionsfähigen Kommunikation (siehe die oben angegebenen maximal zulässigen Potentialabweichungen) - die nachfolgenden Grenzwerte definierbar:
U RTH < 1 Volt
U RTL< 1 Volt
U SG > (U BATT - 2 Volt)
Dabei wird die Ermittlung des lokalen Massefehlers im Bus-Idle mode bzw. im rezessiven Buszustand durchgeführt. Dabei ist zu beachten, daß der maximale Steuergeräte- Betriebsstrom I SGmax fließt, da sich dann aufgrund eines Massefehlers die größte Potentialverschiebung einstellt:
U GND = I SG * (Rx + Ry)
Die Messung des Massefehlers wird also sinnvollerweise mit der steuergerätespezifischen Applikation gekoppelt (beispielsweise, wenn der Fensterhebermotor aktiv ist).
Werden an RTH bzw. RTL Spannungsdifferenzen festgestellt, die beispielsweise größer als 800mV sind, kann zusätzlich noch (zur Verifizierung) die Spannung U SG berücksichtigt werden.
Wenn ein Massefehler erkannt wurde, können verschiedene sinnvolle Maßnahmen getroffen werden. Beispielsweise könne die Receiver Eindraht-Empfangsschwellen manipuliert werden, der erkannte Fehler kann in einen Diagnosespeicher geschrieben werden, der beispielsweise bei einer routinemäßigen Wartung des Fahrzeuges ausgelesen werden kann oder es kann eine Kommunikation (Senden) nur noch dann vorgenommen werden, wenn das Steuergerät frei von einem Laststrom ist (Notlaufbetrieb). In diesem Fall tritt nämlich keine bzw. nur eine geringe Potentialverschiebung auf.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung eines Massefehlers. Dabei werden die Spannungen U RTH und U RTL jeweils einem Eingang eines Komparators zugeführt. Dem anderen Eingang dieses Komparators wird dabei jeweils eine Spannung zugeführt, die aus der Spannung VCC gegenüber dem Massepotential (GND - SG) abgeleitet wird. Über einen Triggerbaustein erfolgt die Messung dann, wenn sich der Bus im eingeschwungenen recessiv-Zustand befindet. Dies kann abgeleitet werden, wenn nach dem Übergang in den recessiv-Zustand eine Zeit vergangen ist. Diese Zeit muß so gewählt werden, daß der Einschwingvorgang vorüber ist und weiterhin muß sichgestellt sein, daß noch nicht in den dominant-Zustand zurückgeschaltet wurde.
Die Masseversatzmessung kann durch nachgeschaltete Flip-Flop' s x-fach verifiziert werden, bevor es zu einer ERROR - Aktivierung kommt.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung eines Massefehlers, bei der gegenüber der Schaltung nach Figur 3 zusätzlich noch die Batteriespannung U BATT berücksichtigt wird. Weiterhin werden die Bezugspotentiale mittels eines einzigen D/A- Wandlers über einen Multiplexer generiert und den jeweiligen Eingängen der Komparatoren zugeführt.
Figur 5 zeigt ein Ausfuhrungsbeispiel einer Darstellung der Zeitverhältnisse zur Festlegung des Zeitpunktes der Messung des Massefehlers. Im oberen Teil dieser Darstellung ist der Zustand des Busses (recessiv oder dominant) zu sehen. Im unteren Teil der Darstellung ist zu sehen, wann in Abhängigkeit von dem Buszustand eine Messung erfolgen soll (Enable).
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer Schaltung zur Erkennung eines Massefehlers, die sich in besonders einfacher Weise zur Integration in einen System- Basis-Chip eignet. Dabei werden die zu messenden Größen U RTH, U RTL, U BATT über einen Multiplexer einem einzigen A/D-Wandler zugeführt, über den die auszuwertenden Spannungen einem Logik-Baustein zugeführt werden. Diesem Baustein wird weiterhin ein Signal zugeführt, das den Buszustand darstellt, so daß die Messung und Auswertung zum richtigen Zeitpunkt erfolgt. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, mit geringem Hardware-Aufwand die Messung durchzuführen.
Eine andere Methode zur Festlegung des Zeitpunktes der Messung soll anhand von Figur 7 erläutert werden.
Das Diagramm 7a zeigt die Spannung U CAN_H bei einem Wechsel von dem rezessiven in den dominanten Zustand und bei einem Wechsel von dem dominanten Zustand in den rezessiven Zustand. Wie der Darstellung der Figur 7a zu entnehmen, ist der Zeitverlauf der Spannung U CAN H so, daß bei einem Wechsel von TX (siehe Figur 7b) von " 1" nach "0" und umgekehrt das Signal ein überschwingendes Verhalten zeigt. Beim Wechsel von "dominant" nach rezessiv wird dabei die Spannung U CAN H kleiner als die Spannung
U GND. Wie dem Diagramm der Figur 7a weiterhin zu entnehmen ist, ändert sich die Spannung U CAN_H erst mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung nach einer Änderung von TX. Diese zeitliche Verzögerung liegt dabei in der Größenordnung von ca. 500ns. Wie in der Darstellung des zeitlichen Verlaufes des Komparatorausganges im Diagramm der Figur 7c zu entnehmen ist, ändert sich der Ausgang des Komparators aufgrund des überschwingenden Verhaltens beim Übergang von TX "1 " nach "0". Dies hat aber nichts mit einer schlechten Massekontaktierung zu tun. Deswegen soll dieser Änderung des Komparatorausganges nicht als Fehler gewertet werden.
Wie der Darstellung der Figur 7 zu entnehmen, erfolgt die Messung und der Vergleich der Spannungen zum Zeitpunkt tl. Dieser Zeitpunkt liegt innerhalb eines Zeitfensters nach dem Wechsel von TX von "1 " nach "0". Zu diesem Zeitpunkt hat sich die Spannung auf der CAN_H-Leitung noch nicht geändert. Weiterhin ist sichergestellt, daß zu diesem Zeitpunkt (unmittelbar vor dem Übergang in den dominant-Zustand) der rezessiv-Zustand eingeschwungen ist.
Vorteilhaft erfolgt also die Messung und der Vergleich der Spannungen zu diesem Zeitpunkt tl . Dadurch ist auch sichergestellt, daß Änderungen des Komparatorausganges, die beispielsweise aufgrund des überschwingenden Verhaltens der Spannung auf der CAN_H-Leitung vorkommen, nicht zu Fehlinterpretationen führen.
Figur 7d zeigt die logische Variable, die ggf. einen Massefehler darstellt. Diese Variable wird zum Zeitpunkt tl aktualisiert. Da zu diesem Zeitpunkt der Fehlerfall nicht vorlag, wird kein Fehlerfall erkannt.
ERSATZBUTT (REGEL 26) Im Zusammenhang mit der Figur 7 sind die Verhältnisse nur anhand der CAN_H-Leitung erörtert worden. Da die Verhältnisse auf der CAN_L-Leitung nur zu einem redundanten Ergebnis führen, ist es hinreichend, eine Messung und einen Vergleich nur anhand einer dieser beiden Leitungen vorzunehmen. Die Verwendung der CAN H-Leitung zu diesem Zweck hat den Vorteil, daß dort im rezessiven Zustand unmittelbar das Massepotential anliegt.
Die Messung im rezessiven Buszustand gegenüber dem dominanten Buszustand hat weiterhin den Vorteil, daß der Spannungspegel auf dem Datenbus weitgehend unabhängig von der Qualität irgendwelcher Bauteile ist. Figur 8 zeigt beispielhaft an der CAN H- Leitung, wie die Spannungsverhältnisse im dominanten Zustand liegen. Die Spannung auf der CAN_H-Leitung wird dabei bestimmt über VCC, wobei folgende Spannungen zu berücksichtigen sind:
• U Rint: Spannungsabfall an einem Widerstand
• U CE: Spannung vom Kollektor zum Emitter des Schalttransistors
• U F: Flußspannung einer Schottkeydiode.
Aufgrund der vorgegebenen Toleranzen kann die Summe dieser Spannungen bis zu 1 ,4 Volt betragen. Da die Bauteile hinsichtlich ihrer Qualtität und ihrer Toleranzen nicht genau festgelegt sind, kann es hierdurch bedingt zu Abweichungen der Spannungen kommen. Diese Abweichungen der Spannungen würden bei einer Messung im dominanten Buszustand mit eingehen. Bei der Messung im rezessiven Buszustand sperrt hingegen der Transistor, so daß die Bauteile hinsichtlich ihrer Toleranzen keine Rolle mehr spielen.
oOo

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Prüfen der Massekontaktierung von Teilen eines vernetzten Systemes, wobei über wenigstens eine Leitung Daten gesendet und empfangen werden, wobei wenigstens eine Leitung an jedem Teil über eine Widerstandsanordnung sowie eine Kontaktierung mit einem gemeinsamen Potential der Teile verbunden ist und über einen steuerbaren Schalter mit einem weiteren Potential verbindbar ist, wobei die Spannung über der Widerstandsanordnung mit einem vorgegebenen Potential verglichen wird, wenn die Leitung ein Potential in einem eingeschwungenen Zustand aufweist, wobei aus einem Vergleich der Spannung über der Widerstandsanordnung mit dem vorgegebenen Potential auf den Zustand der Massekontaktierung des Teiles geschlossen wird.
2. Verfahren zum Prüfen der Massekontaktierung von Teilen eines vernetzten Systemes, wobei über wenigstens eine Leitung Daten gesendet und empfangen werden, wobei wenigstens eine Leitung an jedem Teil über eine Widerstandsanordnung mit einem teilespezifischen Potential der Teile verbunden ist und über einen steuerbaren Schalter sowie eine Kontaktierung mit einem gemeinsamen Potential verbindbar ist, wobei die Spannung über der Widerstandsanordnung mit einem vorgegebenen Potential verglichen wird, wenn die Leitung ein Potential in einem eingeschwungenen Zustand aufweist, wobei aus einem Vergleich der Spannung über der Widerstandsanordnung mit dem vorgegebenen Potential auf den Zustand der Massekontaktierung des Teiles geschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Potential im eingeschwungenen Zustand das gemeinsame Potential ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential im eingeschwungenen Zustand dem teilespezi fischen Potential entspricht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich mit einem gewissen zeitlichen Nachlauf erfolgt, nachdem mittels der steuerbaren Schalter die Leitung auf ein bestimmtes Potential geschaltet ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich innerhalb eine Zeitfensters erfolgt, nachdem der Schaltzustand der steuerbaren Schalter gewechselt hat.
7. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem einzelnen Teilnehmer feststellbare Batteriespannung mit der von einem oder mehreren Referenzteilnehmern feststellbaren Batteriespannung verglichen wird, wobei bei einer Abweichung der festgestellten Batteriespannungen auf eine fehlerhafte Massekontaktierung geschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktierungen des Referenzteilnehmers doppelt ausgeführt sind.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kraftfahrzeug der Vergleich der Batteriespannung oberhalb eines bestimmten Drehzahlwertes erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich aktiviert wird, wenn in dem entsprechenden Teil ein bestimmter Mindestlaststrom fließt.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwell wertes betreffend den jeweiligen Teilnehmer ein Eintrag in einem Diagnosespeicher erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwellwertes betreffend den jeweiligen Teilnehmer die Eindraht- Empfangsschwellen entsprechend verschoben werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Abweichung oberhalb des Schwellwertes von dem jeweiligen Teilnehmer nur dann Daten ausgesendet werden, wenn das Steuergerät Laststrom frei ist.
14. Vorrichtung zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messenden Spannungen jeweils einem Eingang eines Komparatos zugeführt werden und die Potentiale, mit denen die zu messenden Spannungen jeweils verglichen werden sollen, dem jeweils anderen Eingang des Komparators.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Potentiale, die den Eingängen der Komparatoren zugeführt werden, über einen Multiplexer aus einer Spannung generiert und den jeweiligen Eingängen der Komparatoren zugeführt werden.
16. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die zu messenden Spannungen über einen Multiplexer einer Auswerteeinheit zugeführt werden.
17. Vorrichtung zur Durchführung eines der Verfahren, dadurch gekennzeichnet, daß eine mehrfache Masseversatz - Fehlerabfrage möglich ist, bevor die Entscheidung der Fehleranzeige (ERROR) erfolgt. oOo
ERSATZBUTT (REGEL 26)
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